Прогресс исследований в областитонкопленочный электрооптический модулятор на основе ниобата лития
Электрооптический модулятор — это основное устройство оптических систем связи и микроволновых фотонных систем. Он регулирует распространение света в свободном пространстве или оптическом волноводе путем изменения показателя преломления материала под действием приложенного электрического поля. Традиционный ниобат литияэлектрооптический модуляторВ качестве электрооптического материала используется объемный ниобат лития. Монокристаллический ниобат лития локально легируется для образования волновода посредством диффузии титана или процесса протонного обмена. Разница показателей преломления между сердцевинным и плакирующим слоями очень мала, и волновод обладает плохой способностью связывания со световым полем. Общая длина упакованного электрооптического модулятора обычно составляет 5–10 см.
Технология ниобата лития на изоляторе (LNOI) предлагает эффективный способ решения проблемы больших размеров электрооптических модуляторов на основе ниобата лития. Разница показателей преломления между сердцевинным слоем волновода и слоем оболочки достигает 0,7, что значительно повышает способность к связыванию оптических мод и эффект электрооптического регулирования волновода, и стало актуальной областью исследований в сфере электрооптических модуляторов.
Благодаря прогрессу в технологии микрообработки, разработка электрооптических модуляторов на основе платформы LNOI быстро развивается, демонстрируя тенденцию к уменьшению размеров и постоянному улучшению характеристик. В зависимости от используемой волноводной структуры, типичные тонкопленочные электрооптические модуляторы на основе ниобата лития представляют собой электрооптические модуляторы с прямым травлением волновода, нагруженные гибридными элементами.волноводные модуляторыа также гибридные кремниевые интегрированные волноводные электрооптические модуляторы.
В настоящее время усовершенствование процесса сухого травления значительно снижает потери в волноводах из тонкопленочного ниобата лития, метод гребенчатой нагрузки решает проблему сложности процесса высокого травления и позволяет реализовать электрооптический модулятор на основе ниобата лития с напряжением менее 1 В на полуволне, а сочетание с зрелой технологией SOI соответствует тенденции гибридной интеграции фотонов и электронов. Технология тонкопленочного ниобата лития обладает преимуществами в реализации интегрированных электрооптических модуляторов на кристалле с низкими потерями, малыми размерами и широкой полосой пропускания. Теоретически прогнозируется, что 3-мм тонкопленочный волновод из ниобата лития с двухтактной структуройМодулятор М⁃ЗЭлектрооптическая полоса пропускания 3 дБ может достигать 400 ГГц, а полоса пропускания экспериментально полученного тонкопленочного модулятора на основе ниобата лития, как сообщается, составляет чуть более 100 ГГц, что все еще далеко от теоретического верхнего предела. Улучшение, достигнутое за счет оптимизации основных структурных параметров, ограничено. В будущем, с точки зрения исследования новых механизмов и структур, таких как разработка стандартного копланарного волноводного электрода в качестве сегментированного микроволнового электрода, характеристики модулятора могут быть дополнительно улучшены.
Кроме того, реализация интегрированной упаковки модуляторных чипов и гетерогенной интеграции на кристалле с лазерами, детекторами и другими устройствами представляет собой одновременно и возможность, и вызов для будущего развития тонкопленочных модуляторов на основе ниобата лития. Тонкопленочные электрооптические модуляторы на основе ниобата лития будут играть более важную роль в микроволновой фотонике, оптической связи и других областях.
Дата публикации: 07.04.2025